专利名称：深紫外氟化物薄膜元件污染物吸附能力的分析方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于深紫外氟化物薄膜元件污染物吸附能力的分析方法，属于深紫外光学技术应用领域。
背景技术：
集成电路技术的发展极大地推动了人类信息化社会的进步，成为现代高技术发展中的关键核心技术之一，在国民经济与社会发展中具有举足轻重的重要意义，深紫外光学相关技术的研究具有重大的社会和经济价值。近年来，193nm ArF准分子激光器作为深紫外光刻机的光源取得了广泛应用。深紫外激光光学系统与应用的不断发展对深紫外光学薄膜元件性能及长期稳定性要求都提出了新的挑战。深紫外光学薄膜研究面临的根本问题是由于深紫外波段靠近大多数介质材料的禁带，使得只有氧化物A1203、SiO2和部分氟化物MgF2、LaF3> AlF3等能够满足深紫外薄膜应用的需要。薄膜材料选择的局限性进一步带来了对深紫外光学薄膜制备工艺的制约，对于氟化物，为减少深紫外光学薄膜出现化学计量比失配而导致吸收损耗，热蒸发工艺是制备氟化物薄膜的最佳选择。利用热舟蒸发制备工艺，可以得到吸收较小的深紫外氟化物光学薄膜，但同时也伴随光学薄膜内在结构不够致密、光学薄膜表面较粗糙等缺点。因此，这种采用热舟蒸发工艺所制备的深紫外光学薄膜，由于光学薄膜内在结构不够致密和光学薄膜表面较粗糙所必然带来的吸附应用环境中的有机污染物质，使得深紫外光学薄膜在使用过程中的性能退化，这种性能退化导致薄膜元件性能下降甚至失效，这将对整个光学系统造成灾难性的后果。研究表明，这种深紫外光学薄膜性能退化集中表现为深紫外光学薄膜内部及表面吸附有机污染物和水汽而导致深紫外光学薄膜的吸收显著增大。因而，分析深紫外薄膜元件工作应用环境中吸附污染物的性能特性，对于优化薄膜元件制备工艺参数优化和薄膜元件环境适用性和时效性评估显得尤为重要。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供一种深紫外氟化物薄膜元件污染物吸附能力的分析方法。准确评价氟化物薄膜样品在应用环境中或存贮环境中污染物吸附能力，进而评估不同工艺或不同材料的薄膜元件环境适应性和时效性。为制备出具有较高环境适用性的深紫外光学薄膜提供参考，从而满足制备具有低污染、环境稳定性好氟化物深紫外光学薄膜元件的需要。深紫外氟化物薄膜元件污染物吸附能力的分析方法，包括以下步骤步骤一利用真空分光光度计在整个腔体吹扫干燥高纯N2的条件下，测试氟化物薄膜样品在镀制完成之初的反射率R0或透过率Ttl,作为氟化物薄膜样品光谱性能初始值；步骤二 氟化物薄膜样品在放置于应用环境系统中使用或存储一段时间后，将样品放置于真空分光光度计内进行真空环境中光谱测试，得到样品吸附有机物和水汽后的反射率R1或透过率T1 ；步骤三用ArF准分子激光器对样品表面进行低功率能量密度辐照，整个光路系统中吹扫干燥的高纯N2,同时用能量计监测透射激光能量；步骤四对ArF准分子激光器激光辐照后的样品，进行步骤一所述的同样的光谱测试，得到经激光辐照后样品的反射率R2或透过率T2 ；步骤五当测试值为透过率τ时，Ii = Ii^n2 =(T2-T1)/T1+(Ttl-T2)/τ。，式中η为吸附因子，H1 =CT2-T1VT1为元件经过ArF激光辐照后污染物吸附的可恢复部分，
= CTcrT2VTtl为元件经过ArF激光辐照后污染物吸附的不可恢复部分，对样品在使用环境中的吸附因子进行运算，进而对薄膜元件在使用环境中对有机物污染物和水汽吸附能力进行评估。
本发明具有如下有益效果1、该方法可以完整有效的评估氟化物薄膜样品在使用环境或存储环境中的污染物吸附能力，通过紫外激光辐照处理区分样品吸附污染物中可恢复的暂时吸附部分和不可恢复的永久吸附部分，从而全面表征氟化物薄膜元件的吸附特性。2、该方法同样适用于所有氟化物单层膜材料的吸附能力分析，可以用于剖析深紫外波段的氟化物薄膜材料的吸附能力，如MgF2、LaF3> A1F3、Na3AlF6和GdF3等。3、该方法适用于所有可用于深紫外波段的氟化物薄膜材料薄膜元件，如减反射薄膜、高反射薄膜和偏振薄膜等。4、该方法适用于区分同种氟化物材料在不同热蒸发工艺参数下薄膜元件吸附污染物能力，为工艺参数的改进优化、制备出具有较高环境适应性的深紫外光学薄膜提供有力参考；同时该分析方法可以评价氟化物薄膜元件在不同使用环境中由于吸附污染物导致的光谱退化性能，从而满足氟化物薄膜元件环境适用性及时效性评估的需要。
图1为深紫外氟化物减反射薄膜的污染物吸附能力分析进行的光谱测试图。
具体实施例方式针对深紫外氟化物光学薄膜元件在实际应用中出现的吸附有机污染物和水汽，进而导致薄膜光学性能退化、环境不稳定等问题，需要准确分析深紫外氟化物薄膜元件在工作应用环境或存储环境中吸附污染物能力特性。通过对导致深紫外氟化物光学薄膜环境不稳定性的原因进行分析，并考虑到现有测试仪器的测试功能，本发明利用真空紫外分光光度计光谱测试和ArF准分子激光器表面辐照处理实时监测的联合测试评估，公开了提出了一种深紫外波段氟化物薄膜元件在应用环境中表面污染物吸附能力的分析方法。
具体实施方式
如下步骤一利用真空分光光度计在整个腔体吹扫干燥高纯N2的条件下，测试氟化物薄膜样品在镀制完成之初的反射率R0或透过率Ttl,作为氟化物薄膜样品光谱性能初始值。步骤二 氟化物薄膜样品在放置于应用环境系统中使用或存储一段时间后，将样品放置于真空分光光度计内进行真空环境中光谱测试，得到样品吸附有机物和水汽后的光谱指标反射率R1或透过率!\。将光谱测试环境选择为真空环境，是为了减少由于光度计测试光就是紫外光，会对样品产生一定的清洁作用影响。在真空环境中，有机物在紫外光照射下分解后，重新吸附于样品表面，很大程度削弱了光谱测试光对样品的清洁作用影响。如果该测试在吹扫N2环境中进行，有机物分解后会随着N2排出腔体，增大光谱测试光对样品的清洁作用，导致后续分析结果的误差。步骤三用ArF准分子激光器对样品表面进行低功率能量密度(O. 5-2mJ/cm2)辐照，整个光路系统中吹扫干燥的高纯N2,以便污染物顺利排出光路腔体，同时用能量计监测透射激光能量，透射光强会由于ArF激光对样品表面的有机污染物的清洁功能不断变大，一段时间后趋于稳定。步骤四对ArF准分子激光器激光辐照后的样品，进行如步骤一所述的同样的光谱测试，得到经激光辐照后样品的反射率R2或透过率T2。·
步骤五为了分析氟化物薄膜元件在使用环境中吸附有机物的性能，当测试值为透过率τ 时，n= Ji1 +n2 =(T2-T1)/T1+(Ttl-T2)/τ。，式中 n 为吸附因子，l =Cr2-T1VT1S元件经过ArF激光辐照后污染物吸附的可恢复部分，即表示样品的‘暂时’吸附特性，Il2= (TcrT2)ZTci为元件经过ArF激光辐照后污染物吸附的不可恢复部分，即表示样品的‘永久’吸附特性。通过对样品在使用环境中的吸附因子进行相关运算，进而对薄膜元件在使用环境中对有机物污染物和水汽吸附能力进行评估。本发明中所用的测试仪器包括真空紫外分光光度计和ArF准分子激光器。其中真空紫外分光光度计可以在真空中(P〈10_6mbar)或吹扫N2 (99. 999%)两种环境中进行透过率和绝对反射率测试，测量精度为O. 5%，测试光源选择范围为115-300nm。ArF准分子激光器频率1kHz，能量密度O. 5-50mJ/cm2。实施例1本实施例针对一种热舟蒸发制备工艺参数下的氟化物减反射薄膜进行标准实验室环境(温度22°C，相对湿度30%)中的有机物污染物和水汽吸附能力进行评估。如图1所示，为本发明深紫外氟化物减反射薄膜的实验室环境有机污染物和水汽吸附能力进行光谱测试评估图。其中包括该氟化物减反射薄膜镀制完成后，分光光度计在吹扫高纯N2时测试的透过率在193nm波段透过率Ttl为98. 4%作为该减反射薄膜样品光谱性能初始值。将该薄膜元件置于实验室环境中2周后，分光光度计在真空环境(P〈l(T6mbar)测试该样品的透过率在193nm波段透过率T1变为97. 6%，可见样品由于吸附有机物和水汽后的光谱指标透过率降低约O. 8%，同时由于薄膜元件的吸附作用导致工作波长‘蓝移’约Inm0用ArF准分子激光器对样品表面进行lmj/cm2低功率能量密度辐照，整个光路系统中吹扫干燥的高纯N2,以便污染物顺利排出光路腔体，同时用能量计监测透射激光能量，透射光强会由于ArF激光对样品表面的有机污染物的清洁功能不断变大，大约经历IO5个激光脉冲后趋于稳定，停止激光辐照。用紫外真空分光光度计对激光辐照后的样品进行吹扫高纯N2环境下的光谱透过率测试，获得该样品的透过率在193nm波段透过率由辐照前的 \=97. 6%提高到Τ2=98. 2%。根据如步骤五中所述的公式H=得到该薄膜样品在标准实验室环境条件下的吸附因子为O. 815%，其中可恢复吸附部分，‘暂时’吸附Ji1占O. 615%，‘永久’吸附112占0.200%。可见，通过该种方法，可以综合表征该薄膜元件在标准实验室环境条件下的吸附特性。通过本发明中所述的氟化物薄膜元件应用环境中有机物及水汽的吸附能力分析方法，可以评价合理评价氟化物薄膜在环境中对有机物污染物吸附能力，对制备具有环境稳定性的薄膜元件的工艺优化、评价薄膜元件环境适用性和时效性行之有效。
权利要求
1.深紫外氟化物薄膜元件污染物吸附能力的分析方法，其特征是，包括以下步骤步骤一利用真空分光光度计在整个腔体吹扫干燥高纯N2的条件下，测试氟化物薄膜样品在镀制完成之初的反射率R0或透过率Ttl,作为氟化物薄膜样品光谱性能初始值；步骤二 氟化物薄膜样品在放置于应用环境系统中使用或存储一段时间后，将样品放置于真空分光光度计内进行真空环境中光谱测试，得到样品吸附有机物和水汽后的光谱指标反射率R1或透过率T1 ；步骤三用ArF准分子激光器对样品表面进行低功率能量密度辐照，整个光路系统中吹扫干燥的高纯N2,同时用能量计监测透射激光能量；步骤四对ArF准分子激光器激光辐照后的样品，进行步骤一所述的同样的光谱测试，得到经激光辐照后样品的反射率R2或透过率T2 ；步骤五当测试值为透过率τ时，Ii = Ii^n2 =(T2-T1)/T1+(Ttl-T2)/Ttl，式中n为吸附因子，Ii1 =(T2-T1)Zt1为元件经过ArF激光辐照后污染物吸附的可恢复部分，η2 =(T0-T2)A0为元件经过ArF激光辐照后污染物吸附的不可恢复部分，对样品在使用环境中的吸附因子η进行运算，进而对薄膜元件在使用环境中对有机物污染物和水汽吸附能力进行评估。
2.根据权利要求1所述的深紫外氟化物薄膜元件污染物吸附能力的分析方法，其特征在于，步骤二中所述的功率能量密度为O. 5-2mJ/cm2。
全文摘要
深紫外氟化物薄膜元件污染物吸附能力的分析方法，属于深紫外光学技术应用领域，该方法包括一测试氟化物薄膜样品在镀制完成之初的反射率R0或透过率T0；二氟化物薄膜样品在放置于应用环境系统中使用或存储一段时间后，测试样品吸附有机物和水汽后的反射率R1或透过率T1；三用ArF准分子激光器对样品表面进行低功率能量密度辐照，整个光路系统中吹扫干燥的高纯N2，同时用能量计监测透射激光能量；四对ArF准分子激光器激光辐照后的样品进行步骤一所述的光谱测试，得到经激光辐照后样品的反射率R2或透过率T2；五当测试值为透过率T时，由η=η1+η2 =(T2-T1)/T1+(T0-T2)/T0运算吸附因子η。
文档编号G01N21/59GK103018206SQ20121053285
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者金春水, 靳京城, 李春, 邓文渊, 常艳贺 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
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